книги / Селективные акустоэлектронные устройства
..pdfZ1 |
= ZE . Zg = Z0 ; 2) с акустически согласующим слоем Z, |
= ZCE , Zj = Zc |
|
где Zcg , Zc |
- акустический импеданс электрода при наличии согласующего |
||
слоя |
и поверхности звукопровода, покрытого согласующим слоем; 3) с |
||
акустическими неоднородностями между электродами Z, ■' ZE |
. Zj * 1 Е ; 4) |
с акустическими.неоднородностями под электродами Zt » Z0 , 2г = ZQ
РиоДЗ. Конструкция и эквивалентная схема ВШП
При построении акустоэлектронных устройств широко используются ВШП с расщепленными электродами, конструкция которого показана на рис. 2.4
Активные электроды ВШП представлены эквивалентными схемами Мээона. Учитывая реальное распределение электрического поля, предполагаем наличие
электроакустического взаимодействия в промежутках звукопровода между
штырями расщепленных электродов. При этом коэффициент трансформации идеального трансформатора в схеме Мэзона приобретает некоторое значение
Ф т. Тогда матрицу передачи промежутка получаем на основе (2.23)
сиеЕТ |
ZgCheET |
иг ф^-спе^^в, |
о |
|
|AEV « ^-•h 0 ET+ Y a i^ T *11 +Y01 *12 |
(•1Г ' |
-f1 ,h ô ET |
0 |
|
0 |
aE T .v «ET |
t |
° |
0 |
0 |
||||
(-r-iÜi_,heET *13 |
i-8h0ET |
1 |
||
*0 |
■ET |
*0 |
|
|
|
|
|
На основе выражений (2.9), (2.17), (2.23), (2.26). (2.36) можно записать матрицу
передачи ВШП
1АКРИ ( А 0К] П [А Е,]т|А ЕТ1т[АЕ2](л[А ЕП]т )[АЕЧ1АЕТ]{АЕ2ЦАвкЦАок1. |
(2.37) |
т -1
Рис. 2.4. Конструкция и эквивалентнэя схема |
ВШП с |
|
расщ епленными |
электродами |
|
Коэффициент трансформации Ф т приравниваем /3 3 / |
|
|
Ф Т=-|1Ф |
, |
(2.38) |
где ц - коэффициент, позволяющий получить реальную картину распределения электрического поля на электродах ВШП и находящийся в пределах (-1,1). Коэффициент ц выбирается из условий
JE.=min |
<Ÿ«> |
• G^(t)| |
(2.38) |
TM H .iJ |
ЧТО) - |
||
Ej^ITlln |
|
||
ЦЧ-1.1 |
|
|
|
где G j(f) , В5(1) , G j(f) , ^ ( f ) |
- расчетное и истиное значения реальной |
||
и мнимой состовляющих входной проводимости ВШП. |
|
||
Значение входной проводимости |
ВШП |
Gp( f) ‘ |
Bp(f) определяется на |
основе матрицы (Акр1 согласно (2.37) |
|
|
|
|
|
;(f)+2n fCTl |
(2 40) |
Y = > |
, « |
= G ! , " t | , B ! |
|
11 + |
= - + " I I |
z o + “ и |
|
Истиное значение входной проводимости определяется экспериментальным путем.
2.3.Модели однонаправленных преобразователей
Проблема снижения вносимых потерь и уровня паразитных сигналов в
селективных акустоэлектронных устройствах решается путем использования
однонаправленных преоброзавателей (ОНП) разных конструкций.
Обобщенная конструкция и эквивалентная схема ОНГ> с расщепленными электродами, штыри которых имеют различную толщину, показана на рис. 2.5. Для увеличения направленности излучения ОНП под штырями электродов
размещены акустические неоднородности с импедансами 2N1 |
, ZN2 При этом |
импедансы штырей равны /3 5 / |
|
■z £t=2; + z - z 0 |
|
’ ZH=Zj+ZN*<Zfl |
(2.41) |
Матрицы передачи электродов ОНП определяются на основе (2.23)
сИ 0Е| |
Zos h 0 E| |
|
|
i - e h e EI+YBIàEi |
aEI |
.y |
aEI |
|
11 |
+YBI |
12 |
0 |
0 |
|
|
— 3h0E| |
13 |
|
|
|
|
|
*El
(•1)" Ф, (1-oh0E|) |
0 |
|
(-1 Г 14 h 6h0EI +YBian |
0 |
(2.42) |
*EI |
0 |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
8h0E1+|QJCOEJ |
1 |
|
ZEI |
|
|
где 1=1,2 ; С0Е( - емкость Между штырями.
С использованием (2.9), (2.17), (2.26), (2.36), (2.42) получаем матрицы передачи
ОНП в прямом и обратном направлениях |
|
||
iАрКпРЩ {А °к||А вк| |
п ' [A EJ]m(AET)m[AEI]m[A En]m)K |
|
|
|
. |
■ . |
(2.43) |
* |
1Ае* |А етй Ае,ЛА0'(1 |
|
|
IAPK°e|=(IÀoK| Д tAE1U A Ê TyA EEU A En]m)x |
(2 |
||
* |
1йАЁТЙAel|ïАвкНА0|е1- |
|
* (AF,J |
[AÈr) |
[A*2J |
[Аеп] |
Рис. 2.5. конструкция и эквивалентная схема ОНП с расщепленными
электродами
Рис. 2.5. Конструкция и эквивалентная схема ОНП с электродами сложной формы
Направленным излучением ПАВ обладают ВШП с одиночными электродами сложной конструкции (рис. 2.6). Такие электроды имеют неодинаковый акустический импеданс по своей ширине. Участки электродов с различными ймпедансами могут быть представлены в виде отрезков линии передачи и описаны матрицами передачи по выражению (2.6).
Возбуждение ПАВ описывается эквивалентными схемами Мэзона, размещенными в промежутках между электродами. При этом, в каждом
промежутке полярность включения трансформаторов противоположная. В данном случае матрицы передачи активных промежутков ВШП получаются на основе (2.23)
c h 0 AI |
Zo6 h 0 A| |
|
l_ e h 0 A, |
aEI |
|
0 |
0 |
|
a À l |
a AI |
|
Э 23 |
||
а п |
М Г |
ФА,(1-СЬ0А1) |
0 |
|
(-1)"-'_|A1 eh0Al |
0 |
,(2.45) |
|
1 |
|
0 |
|
* г |
с |
1 |
|
l i L |
•h0.,+|o) _£ |
|
|
Zo |
2 |
|
|
где |
1=1,2 |
|
|
|
|
|
|
На базе (2.5), (2.9). (3,45) получаем выражение матриц передачи одной секции |
|||||||
ОНП |
в прямом |
и обратном направлениях при условии Z , ^ |
|
||||
|
tASS"P|= tАА ’||А ЕН Ч(АЕна11АвкЦААа1. |
|
(246) |
||||
|
[Ass°']= IAA2HAB*HAEHÎ][AEH,HAA,J. |
|
(2.47) |
||||
Матрицы передачи ОНП в прямом и обратном направлениях соответственно |
|||||||
равны с учетом (2.26) |
|
|
|
|
|
||
|
fA sknp]=([A0Kl mri |
[A SSnPJm)[A0l(,, |
|
|
(2.48) |
||
|
|
|
|
||||
|
|
M |
|
|
|
|
(2.49) |
|
IA Sko6 ]=([А 0К] тП |
[ASSoe]m)[AOK]. |
|
|
|||
Предлагаемая модель может быть записана в общем виде для электродов, |
|||||||
содержащих р |
участков, |
длиной lt |
,l2 |
...I |
с акустическими |
импедансами |
|
соответственно |
z1 Zj |
...zp. Тогда |
матрица |
передачи одной |
секции ВШП |
||
выражается как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
[ASM]= (|АА11 П |
[АЕН,]т)[Ав*][АА2]. |
|
(2.50) |
На основе (2.50) записываем матрицу передачи всего ВШП
м
(ÀMK|= (|А0К1 П [А5М)т)(А01<]. (2,51) 1Т1“ I
Наилучшей технологичностью отличаются конструкции ОНП с внутренними
Рис. 2.7. Конструкция (а), эквивалентная схема (6) и схема в виде многополюсников (в)
однонаправленного преобразователя
ОНИ, • омер.'^ций xOJiuciLie р<13ймкн/1ые и замкнутые З/члсцюды, представлен на рис. 2 П . Анализ эквивалентной схемы ОНИ показывает, что она представляет цепочечное соединение многополюсников. Используя (2.11). (2.14). (2.17), (2 25), получаем матрицы передачи в прямом и обратном направлениях одной секции ОНП /3 4 /
lAxs„p]= |
[AE,f A6nJ[AE1J(A EnJ[AEI-J(Aenj* |
|
|
|
х [AH ][AEn][A£y][AErl][AEL][AEnl1 |
|
|
j A XSo6]_ |
[ДЕ5][дЕП|дЕ1.][дЕП][А ЕиудЕП,х |
(2.53] |
|
|
x [A EI][AEn][AEL][AEn][AEU][AEn]. |
||
|
|
||
Иа основе (2.52), (2.53) с учетом (2.9), (2.26) можно записать матрицы |
|||
передачи ОНП в прямом |
и обратном направлениях |
|
|
|
м |
|
|
[Ахк,,р]= ([А0*] П |
[AXSnplm)£AE11£АЭК][А0К]Л |
(2.54) |
|
|
|
м |
(2.55) |
[АХКсб]= (£А0К]£Ав|с1тП £AXSo6]jn)£AE1]£А0К]. |
При дальнейшем развитии ОНП с холостыми электродами предложена конструкция ОНП с акустическими неоднородностями (рис. 2.8), импедансы
которых выбраны соответственно ZH1/ZQ<1 , zH2/z a>1
Рис. 2.8. Конструкция и эквивалентная схема ОНП с акустическими
неоднородностями
Матрицы передачи такого ОНП в прямом и обратном направлениях определяются аналогично (2.54) и (2.55)
[ААКов]=([АокПАвк1 П, [АЕ]т[АЕнг]т[АЕн.1т[АЕп]я1)[дЕидок| |
(2.57) |
|
В отличии О Т ОНП с холостыми электродами (рис. 2.7). ОНП с акустическими
неоднородностями (рис. 2.8) является более универсальным и пригоден для любых материалов звукопровода.
Наиболее высокой направленностью излучения отличается трехфаэный ОНП /2 0 / (рис. 2.9). Эквивалентная схема такого .ОНП представляет собой сложное
соединение схем Мэзона.
Матрицы передачи электродов трехфаэного ОНП определяющая согласно
(2.36) |
и |
/3 6 / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c h e |
ZE16 h 0 EI |
Ф, (1-ch0E1) |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
l ^ h 0 E1+YB)aTE. a îfW B1 « ï f '- I 1- |
She* +Ye.a'3 ° |
0 |
0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
fcE1 |
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
♦/-eh 0Ei |
|
|
|
|
|
|
||
t r i |
|
a T E 1 |
iU |
o E1 +i«>cOE1i |
0 |
0 |
|
(2.58) |
||
|
|
E1 |
13 |
•E1 |
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
|
c h 0 E2 |
ZE2s h 0 E2 |
О о Ф2 (1-ch0E2) |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
_ Ц н 0 +Y a TE2 z i 11 °E2+TB2a 11 "EJ
0
|THiV a ET2 |
0 |
о |
A . sh0Ej+YBj a“ 0 |
1 11 +YB2 a 12 |
|
|
JE2T 102' |
|
1 |
|
*E2 |
0 |
0 |
0 |
IATE% = 0 |
0 |
0 1 |
о |
(2.59) |
|
|
0 |
0 |
& |
|
|
^ - . h 0 EJ |
aT? |
eh0E2+jD)CO2 |
|||
о |
? |
||||
|
15 |
|
UE2 |
|
|
|
|
|
|
||
0 |
0 |
о |
о |
|
0 |
о о |
|
ch©. |
z E3ehe e3 |
о о |
о |
о |
Ф|(1-снен ) |
|
|
|
ЕЗ |
|
|
|
|
|
||
|
-•^Е З + У вз» ? ,3 |
|
0 |
о |
0 ^ _ .h e E3+YB3 .™ 0 |
|||
|AT« | , |
О |
о |
|
О |
|
О |
9 |
(200) |
О |
о |
|
О |
|
о |
о |
||
|
|
|
||||||
|
à |
о |
|
О |
|
о |
о |
|
|
Ь |
о |
|
ь |
|
о |
à |
|
|
о |
о |
|
о |
|
V |
|
|
|
|
It |
|
|
|
|
||
|
^ - • н в Е, |
«ТЕ) |
|
о о о |
|
йЛ_*иеЕЗ+1юс03 |
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Е З |
|
где С01 , с02 , С03 - емкости |
между электродами. |
|
|
РИб. 19. Конструкция и эквивалентная схемВ трехфазного ОИП
Соответственно определяем матрицы промежутка между электродами Атг111. реактивной проводимости |А ВТ| и потерь из-за генерации объемных волн
1Аот 1
*•0 |
-Ï,n'+Y BI аТП'о |
р |
b |
0 |
0 |
0 |
||
|
1 |
0 9 0 0 0 |
|
|||||
ÏATnij» 0 |
0 |
|
||||||
Р 1 0 0 0 0 |
||||||||
0 |
0 |
|||||||
6 |
0 |
0 9 1 0 0 0 |
|
|||||
6 |
0 |
b о о 1 о d |
||||||
0 |
0 |
Ü 0 |
0 |
0 |
i O |
|||
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 0 |
|
0 |
о |
о |
о |
о |
о |
|
VB |
1 |
0 |
|
0 0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
1 |
|
О О |
|
О |
о |
Q |
6 |
о |
0 |
|
1 0 |
|
0 |
0 |
0 |
[А ВЧ= |
о |
0 |
|
0 1 |
|
0 |
0 |
0 |
о |
|
|
||||||
О |
О |
О |
О |
О |
1 |
Ô |
о |
|
0 0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
О |
О |
О О О О О 1 |
||||||
ChCtg |
ZgShOg 0 |
0 |
0 |
0 |
0 0 |
(2.61)
(262)
A s h a 0 ChOg |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
(Аот1= о |
0 |
1 0 |
0 |
Q |
0 |
0 |
(2.63) |
|
0 |
0 |
0 1 0 0 0 0 |
||||||
0 |
0 |
0 0 1 0 0 |
0 |
|
||||
0 |
0 |
о |
о |
о |
1 о |
о |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
На основе (2.58) - (2.63) записываем матрицу передачи трехфазного ОНП в
прямом и обратном направлениях для одной секции
tÀ TS" i> H À " 1i A th ,fl TEW nîltA TE5l , |
<2,в4) |
(Ат5овН *ЕТ31Атт|АТЕ,КАТП'П ^ 11 |
(2.6$) |
Матрицы передачи ОНП в прямом и обратном направлениях соответственно
равны
м .
ГАТ*"»Н|А0Т] „И,ta TSnPU A Tn3lmHATS"<4[ABT][A °T] (2.66)